Luminescencja — mechanizm i zastosowanie w źródłach światła

Luminescencja to luminescencja substancji, która zachodzi w procesie przekształcania pochłoniętej przez nią energii w promieniowanie optyczne. Ta poświata nie jest spowodowana bezpośrednio ogrzewaniem substancji.

Mechanizm zjawiska polega na tym, że pod wpływem źródła wewnętrznego lub zewnętrznego atomy, cząsteczki lub kryształy wzbudzają się w substancji, która następnie emituje fotony.

W zależności od czasu trwania uzyskanej w ten sposób luminescencji, który z kolei zależy od czasu życia stanu wzbudzonego, rozróżnia się luminescencję szybko zanikającą i luminescencję długotrwałą. Pierwszy nazywa się fluorescencją, drugi fosforescencją.

Aby substancja świeciła, jej widma muszą być dyskretne, to znaczy poziomy energii atomów muszą być oddzielone od siebie zakazanymi pasmami energii. Z tego powodu stałe i ciekłe metale, które mają ciągłe widmo energii, w ogóle nie świecą.

W metalach energia wzbudzenia jest po prostu w sposób ciągły przekształcana w ciepło.I tylko w zakresie fal krótkich metale mogą doświadczać fluorescencji rentgenowskiej, to znaczy pod działaniem promieni rentgenowskich emitują wtórne promienie rentgenowskie.

Mechanizmy wzbudzania luminescencji

Istnieją różne mechanizmy wzbudzania luminescencji, zgodnie z którymi istnieje kilka rodzajów luminescencji:

• Fotoluminescencja — wzbudzana światłem w zakresie widzialnym i ultrafioletowym.

• Chemiluminescencja — wywołana reakcją chemiczną.

• Katodoluminescencja — wzbudzana przez promienie katodowe (szybkie elektrony).

• Sonoluminescencja jest wzbudzana w cieczy przez falę ultradźwiękową.

• Radioluminescencja — wzbudzana promieniowaniem jonizującym.

• Tryboluminescencja jest wzbudzana przez pocieranie, kruszenie lub oddzielanie luminoforów (wyładowania elektryczne między naładowanymi fragmentami), w tym przypadku światło wyładowania wzbudza fotoluminescencję.

• Bioluminescencja to blask organizmów żywych, uzyskiwany przez nie samodzielnie lub przy pomocy innych uczestników symbiozy.

• Elektroluminescencja — wzbudzana prądem elektrycznym przepływającym przez luminofor.

• Kandoluminescencja to świetlista poświata.

• Termoluminescencja jest wzbudzana przez ogrzewanie substancji.

Wykorzystanie luminescencji w źródłach światła

Luminescencyjne źródła światła to takie, których blask opiera się na zjawisku luminescencji. Tak więc wszystkie lampy wyładowcze są źródłami promieniowania fluorescencyjnego i mieszanego. W lampach fotoluminescencyjnych blask jest tworzony przez luminofor wzbudzony emisją wyładowania elektrycznego.

Białe diody LED są zwykle oparte na niebieskim krysztale InGaN i żółtym luminoforze.Żółte luminofory stosowane przez większość producentów są modyfikacją granatu itrowo-aluminiowego zmieszanego z trójwartościowym cerem.

Widmo luminescencji tego luminoforu ma charakterystyczną maksymalną długość fali w obszarze 545 nm. Część fal długich widma dominuje nad częścią fal krótkich. Modyfikacja luminoforu dodatkiem galu i gadolinu umożliwia przesunięcie maksimum widma do obszaru zimnego (gal) lub ciepłego (gadolin).

Sądząc po widmie luminoforu zastosowanego w diodach Cree, oprócz granatu itrowo-aluminiowego, do białego luminoforu LED dodawany jest luminofor o maksymalnej emisji przesuniętej do obszaru czerwonego.

W porównaniu ze świetlówkamiLuminofor stosowany w diodach LED ma długą żywotność, a starzenie się luminoforu zależy głównie od temperatury. Lumifor jest zwykle nakładany bezpośrednio na kryształ LED, który bardzo się nagrzewa. Inne czynniki wpływające na fosfor mają mniej wyraźny wpływ na ich żywotność.

Starzenie się luminoforu prowadzi nie tylko do zmniejszenia jasności diody LED, ale także do zmiany odcienia powstałego światła. Przy znacznym zniszczeniu luminoforu wyraźnie widać niebieski odcień luminescencji. Wynika to ze zmieniających się właściwości luminoforu i faktu, że widmo zaczyna dominować w emisji wewnętrznej chipa LED. Wraz z wprowadzeniem technologii izolowanej warstwy fosforu zmniejsza się wpływ temperatury na szybkość jego degradacji.

Inne zastosowania luminescencji

Fotonika wykorzystuje głównie konwertery i źródła światła oparte na elektroluminescencji i fotoluminescencji: diody LED, lampy, lasery, powłoki luminescencyjne itp. — jest to dokładnie dziedzina, w której luminescencja jest bardzo szeroko stosowana.

Ponadto widma luminescencyjne pomagają naukowcom w badaniu składu i struktury substancji. Metody luminescencyjne umożliwiają określenie wielkości, stężenia i rozkładu przestrzennego nanocząstek, a także czasu życia stanów wzbudzonych nierównowagowych nośników ładunku w strukturach półprzewodnikowych.

Kontynuując ten wątek:Emitery elektroluminescencyjne: urządzenie i zasada działania, rodzaje